CN109342081A - 一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，包括仿真控制平台、整车控制器和外部负载，仿真控制平台内设有实时处理器、总线板卡、故障注入板卡、信号调理模块、负载模拟模块及IO板卡，IO板卡一端连接实时处理器，另一端依次连接负载模拟模块、信号调理模块和故障注入板卡，实时处理器在仿真控制平台内部与所有板卡及模块相连，采集信号并控制相关负载，所有板卡通过硬线和CAN总线板卡与整车控制器连接，并通过整车控制器与燃料电池系统、燃料电池DCDC系统、储能电池系统以及电机系统中的ECU相连，在测试时，上述系统中至少一个为外部负载，实现在同一个测试平台上燃料电池汽车高压零部件系统的静态和动态测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车测试平台，具体涉及一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台。
背景技术
燃料电池汽车在国内目前正处于起步阶段，特别是2018年燃料电池在汽车上的应用正受到各OEM和相关零部件厂的重视，各燃料电池乘用车、商用车、大巴车、物流车等相继推出；相对于燃料电池整车的开发，专门针对燃料电池车的测试手段目前还不是很完善，急需一套有效的测试平台来系统、全面的测试验证整套高压系统。本发明针对燃料电池汽车上的高压系统搭建一套实现整车所有高压管件零部件系统的测试验证平台。
发明内容
有鉴于此，本发明的公开了一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，可实现燃料电池汽车高压关键零部件系统的静态、动态测试，可在车辆研发前期对燃料电池汽车中的所有高压零部件系统进行控制策略验证，特别是实现实车测试中无法测试极端工况和故障工况，缩短开发时间、提高开发效率。
本发明的提供一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，包括一仿真控制平台、整车控制器及外部负载，所述外部负载内均设有ECU，所述仿真控制平台内设有若干实时仿真硬件，所述实时仿真硬件包括实时处理器、CAN总线板卡、故障注入板卡、信号调理模块、负载模拟模块以及若干IO板卡，若干所述IO板卡一端共同连接所述实时处理器，另一端共同依次连接所述负载模拟模块、所述信号调理模块和所述故障注入板卡，所述故障注入板卡和若干IO板卡均通过所述CAN总线板卡连接所述整车控制器，所述整车控制器连接所述ECU，用于外部负载与仿真控制平台之间进行实时的数据交换，进而模拟整车运行，获取整车各类的测试工况信息；
所述负载模拟模块和外部负载共同构成负载总成，所述负载总成包括燃料电池系统、燃料电池DCDC系统、储能电池系统和电机系统，所述燃料电池DCDC系统与所述储能电池系统之间通过高压线连接一双向DCDC转换器，所述电机系统包括一电机和电机控制器，所述电机控制器一端通过高压线同时连接所述双向DCDC转换器和所述燃料电池DCDC系统，另一端连接所述电机，所述电机通过变速器连接一测功机，所述测功机另一端连接所述实时处理器，用于接收所述仿真控制平台测试的工况信息并实时调节扭矩转速输出。
进一步地，所述实时处理器分别连接所述负载模拟模块、所述信号调理模块、所述故障注入板卡和若干IO板卡，用于接收数据并控制外部负载运行。
进一步地，所述负载总成中至少一个为外部负载。
进一步地，所述实时仿真平台还包括可编程控制电源，所述可编程控制电源分别连接所述外部负载、实时处理器、CAN总线板卡、故障注入板卡和若干IO板卡，以进行供电。
进一步地，所述CPU连接一用于存储的内存卡。
进一步地，所述储能电池系统为超级电容系统，所述超级电容系统包括相互连接的超级电容和超级电容管理系统，所述超级电容通过所述双向DCDC转换器与所述燃料电池并联后连接所述电机，当所述电机接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池为超级电容进行充电储能，当所述电机接入的线路电压低于额定值时，所述超级电容为所述电机进行供电，所述超级电容管理系统通过CAN总线板卡连接所述整车控制器，进而实现所述整车控制器对于所述超级电容系统的控制。
进一步地，所述储能电池系统为动力电池系统，所述动力电池系统包括相互连接的动力电池和动力电池管理系统，所述动力电池通过所述双向DCDC转换器与所述燃料电池并联后连接所述电机，当所述电机接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池为动力电池进行充电储能，当所述电机接入的线路电压低于额定值时，所述动力电池为所述电机进行供电，所述动力电池管理系统通过CAN总线板卡连接所述整车控制器，进而实现所述整车控制器对于所述动力电池系统的控制。
进一步地，所述储能电池系统为超级电容系统和动力电池系统的组合，所述超级电容系统包括相互连接的超级电容和超级电容管理系统，所述动力电池系统包括相互连接的动力电池和动力电池管理系统，所述超级电容和所述双向DCDC转换器串联后与所述动力电池、所述燃料电池并联，随后共同连接所述电机，当所述电机接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池和动力电池同时为所述超级电容进行充电储能，当所述电机接入的线路电压低于额定值时，所述超级电容和动力电池联合为所述电机进行供电，所述超级电容管理系统和动力电池管理系统均通过CAN总线板卡连接所述整车控制器，进而实现所述整车控制器对于所述超级电容系统和动力电池系统的控制。
进一步地，所述燃料电池系统包括燃料电池；燃料电池控制器，用于控制燃料电池的运行发电或停止；与燃料电池连接的供氢供氧机构，用于为所述燃料电池提供燃料；与燃料电池连接的燃料电池冷却机构，用于降低所述燃料电池工作时的温度。
进一步地，所述燃料电池DCDC系统包括燃料电池DCDC转换器和燃料电池DCDC控制器，所述燃料电池DCDC控制器一端连接所述燃料电池控制器，一端连接所述燃料电池DCDC转换器，用于接收所述燃料电池控制器的控制信号，进而控制所述燃料电池DCDC转换器接收所述燃料电池的输入电压，最终转换成有效输出的固定电压。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：可在同一个测试平台上实现燃料电池汽车高压零部件系统的静态、动态测试，可在车辆研发前期对燃料电池汽车中的所有高压零部件系统进行控制策略验证，同时本测试平台的可扩展性较强，可以增加或减少其中的外部负载，以满足不同的测试需求。
附图说明
图1是本发明实施例一公开一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台的结构框图；
图2是本发明实施例二公开一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台的结构框图；
图3是本发明实施例三公开一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台的结构框图。
图中：1、仿真控制平台2、整车控制器3、燃料电池系统301、燃料电池302、燃料电池控制器303、供氢供氧机构304、燃料电池冷却机构4、燃料电池DCDC系统401、燃料电池DCDC转换器402、燃料电池DCDC控制器5、储能电池系统511、超级电容512、超级电容管理系统521、动力电池522、动力电池管理系统6、电机系统601、电机602、电机控制器7、双向DCDC转换器8、变速器9、测功机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例一
请参考图1，本发明的实施例公开了一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，将整个燃料电池汽车作为被测对象，所述测试平台包括仿真控制平台1、整车控制器2及外部负载，用于模拟被测对象的整车运行环境，可提供被测对象所需的输入输出信号，例如各类传感器信号、开关类信号和温度信号等；实现被测对象的信号采集以及执行机构的动作执行等功能，例如加速踏板、制动踏板、真空泵系统等；提供被测对象运行期间的状态信息采集，如电压、电流、扭矩、转速、温度等信息的采集和监测，进行硬件采集与被测对象的ECU监测参数的对比，实现各系统的效率分析等功能；同时，每一个所述外部负载内均设有ECU，用于对外部负载进行连接控制，总之，所述仿真控制平台1可提供被测对象动态测试时的整车各类测试工况，使测试平台在进行动态测试时即为一台虚拟的整车在运行；
所述仿真控制平台1内设有各种实时仿真硬件，所述实时仿真硬件包括实时处理器、CAN总线板卡、故障注入板卡、信号调理模块、负载模拟模块以及若干IO板卡，若干所述IO板卡一端共同连接所述实时处理器，另一端共同依次连接所述负载模拟模块、所述信号调理模块和所述故障注入板卡，所述故障注入板卡和若干IO板卡均通过所述CAN总线板卡连接所述整车控制器，所述整车控制器连接所述外部负载的ECU，用于外部负载与仿真控制平台1之间进行实时的数据交换，进而整个测试系统可模拟车辆运行，获取整车各类的测试工况信息，其中若干所述IO板卡包括输入和输出模拟量的IO板卡以及输入和输出数字量的IO板卡，在同一个测试平台上实现燃料电池汽车高压关键零部件系统的静态和动态测试，可在车辆研发前期对燃料电池汽车中的所有高压零部件系统进行控制策略验证；
其中，所述负载模拟模块和外部负载共同构成本平台的负载总成，所述负载总成为燃料电池系统3、燃料电池DCDC系统4、储能电池系统5以及电机系统6，在测试时，所述负载总成中至少一个为外部负载，即所述燃料电池系统3、燃料电池DCDC系统4、储能电池系统5和电机系统6中至少一个为外部负载，即为实物，由于实物在测试时反馈的数据准确性较高，比较能反应出自身的性能，因此可较为真实的反应出零部件的真实性能；
所述仿真控制平台1内设有实时仿真模型和测试软件，所述负载模拟模块通过测试软件可以生成实时仿真模型，用于在测试中实现车辆动力学仿真、道路和交通环境仿真、驾驶员仿真、及所述负载模拟模块对应零部件的仿真，由此可采集实物的物理信号和所述负载模拟模块的仿真信号进行结合测试，完成燃料电池汽车高压关键零部件系统的静态测试。
所述燃料电池系统包括燃料电池301，用于采用燃料将化学能转化为电能，进而输出为车辆提供动力；燃料电池控制器302，用于控制燃料电池的运行发电或停止；与燃料电池连接的供氢供氧机构303，用于为所述燃料电池提供燃料；与燃料电池连接的燃料电池冷却机构304，用于降低所述燃料电池工作时的温度。
所述燃料电池DCDC系统4包括燃料电池DCDC转换器401和燃料电池DCDC控制器402，所述燃料电池DCDC控制器402一端连接所述燃料电池控制器302，一端连接所述燃料电池DCDC转换器401，用于接收所述燃料电池控制器302的控制信号，进而控制所述燃料电池DCDC转换器401接收所述燃料电池301的输入电压，最终转换成有效输出的固定电压，为所述电机系统6供电或者储能系统充电。
所述燃料电池DCDC系统4与所述储能电池系统5之间通过高压线连接一双向DCDC转换器7，在本实施例中，所述储能电池系统5为超级电容系统，所述超级电容系统包括相互连接的超级电容511和超级电容管理系统512，由于超级电容511的充电时间十分地短，一般几分钟之内就可以充电完成，充电时间远远短于其他储能电池作为动力源的汽车，而且续航能力十分强劲，目前市场上的超级电容器的续航能力最高可达50-60公里，完全可满足在市内的正常运行，所述超级电容通过高压线连接所述双向DCDC转换器7后与所述燃料电池301并联，随后共同连接所述电机601，当所述电机601接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池301可为超级电容511进行充电储能，当所述电机601接入的线路电压低于额定值时，所述超级电容511可为所述电机601进行供电，所述超级电容管理系统512通过CAN总线连接所述整车控制器2，进而实现所述整车控制器2对于所述超级电容系统的控制。
所述电机系统6包括一电机601和电机控制器602，所述电机控制器602一端通过高压线同时连接所述双向DCDC转换器7和所述燃料电池DCDC系统4，另一端连接所述电机601，所述电机601通过变速器8连接一测功机9，所述测功机9另一端连接所述实时处理器，用于接收所述仿真控制平台1测试的工况信息，并利用所述变速器8实时调节扭矩转速输出，进而模拟出不同的道路阻力，并最终得出车辆最接近实际行驶时工况信息的测量，完成燃料电池汽车高压关键零部件系统的动态测试。
实施例二
请参考图2，本发明的实施例公开了一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，与实施例一公开的一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台的不同之处在于，所述储能电池系统5的材料不同，所述储能电池系统5为动力电池系统，所述动力电池系统包括相互连接的动力电池521和动力电池管理系统522，由于动力电池521可接收和存储由车载充电机、发电机、制动能量回收装置或外置充电装置提供的高压直流电，并为电动汽车提供高压直流电，采用动力电池521作为新能源汽车中能提供持续稳定的动力能源来驱动车辆行驶，不仅绿色环保，而且安全性较高，使用寿命较长，可满足日常的驾驶需求，所述动力电池通过所述双向DCDC转换器7与所述燃料电池301并联后连接所述电机601，当所述电机601接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池301可为动力电池521进行充电储能，当所述电机601接入的线路电压低于额定值时，所述动力电池521可为所述电机601进行供电，所述动力电池管理系统522通过CAN总线连接所述整车控制器2，进而实现所述整车控制器2对于所述动力电池系统的控制。
实施例三
请参考图3，本发明的实施例公开了一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，与实施例一和实施例二公开的一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台的不同之处在于，所述储能电池系统5的材料不同，所述储能电池系统5为超级电容系统和动力电池系统的组合，所述超级电容系统包括相互连接的超级电容511和超级电容管理系统512，所述动力电池系统包括相互连接的动力电池521和动力电池管理系统522，这样该储能电池即可以有超级电容511的充电快的优点，又可以有动力电池521安全性高，使用寿命长的优点，充分保证在使用时所述储能电池系统5可储存充足的电能，所述超级电容511和所述双向DCDC转换器7串联后与所述动力电池521、所述燃料电池301并联，随后共同连接所述电机601，当所述电机601接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池301和动力电池521同时为所述超级电容511进行充电储能，当所述电机601接入的线路电压低于额定值时，所述超级电容511和动力电池521联合为所述电机601进行供电，所述超级电容管理系统512和动力电池管理系统522均通过CAN总线连接所述整车控制器2，进而实现所述整车控制器2对于所述超级电容系统和动力电池系统的控制。
本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：包括一仿真控制平台、整车控制器及外部负载，所述外部负载内均设有ECU，所述仿真控制平台内设有若干实时仿真硬件，所述实时仿真硬件包括实时处理器、CAN总线板卡、故障注入板卡、信号调理模块、负载模拟模块以及若干IO板卡，若干所述IO板卡一端共同连接所述实时处理器，另一端共同依次连接所述负载模拟模块、所述信号调理模块和所述故障注入板卡，所述故障注入板卡和若干IO板卡均通过所述CAN总线板卡连接所述整车控制器，所述整车控制器连接所述ECU，用于外部负载与仿真控制平台之间进行实时的数据交换，进而模拟整车运行，获取整车各类的测试工况信息；
所述负载模拟模块和外部负载共同构成负载总成，所述负载总成包括燃料电池系统、燃料电池DCDC系统、储能电池系统和电机系统，所述燃料电池DCDC系统与所述储能电池系统之间通过高压线连接一双向DCDC转换器，所述电机系统包括一电机和电机控制器，所述电机控制器一端通过高压线同时连接所述双向DCDC转换器和所述燃料电池DCDC系统，另一端连接所述电机，所述电机通过变速器连接一测功机，所述测功机另一端连接所述实时处理器，用于接收所述仿真控制平台测试的工况信息并实时调节扭矩转速输出。
2.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述实时处理器分别连接所述负载模拟模块、所述信号调理模块、所述故障注入板卡和若干IO板卡，用于接收数据并控制外部负载运行。
3.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述负载总成中至少一个为外部负载。
4.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述实时仿真平台还包括可编程控制电源，所述可编程控制电源分别连接所述外部负载、实时处理器、CAN总线板卡、故障注入板卡和若干IO板卡，以进行供电。
5.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述CPU连接一用于存储的内存卡。
6.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述储能电池系统为超级电容系统，所述超级电容系统包括相互连接的超级电容和超级电容管理系统，所述超级电容通过所述双向DCDC转换器与所述燃料电池并联后连接所述电机，当所述电机接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池为超级电容进行充电储能，当所述电机接入的线路电压低于额定值时，所述超级电容为所述电机进行供电，所述超级电容管理系统通过CAN总线板卡连接所述整车控制器，进而实现所述整车控制器对于所述超级电容系统的控制。
7.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述储能电池系统为动力电池系统，所述动力电池系统包括相互连接的动力电池和动力电池管理系统，所述动力电池通过所述双向DCDC转换器与所述燃料电池并联后连接所述电机，当所述电机接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池为动力电池进行充电储能，当所述电机接入的线路电压低于额定值时，所述动力电池为所述电机进行供电，所述动力电池管理系统通过CAN总线板卡连接所述整车控制器，进而实现所述整车控制器对于所述动力电池系统的控制。
8.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述储能电池系统为超级电容系统和动力电池系统的组合，所述超级电容系统包括相互连接的超级电容和超级电容管理系统，所述动力电池系统包括相互连接的动力电池和动力电池管理系统，所述超级电容和所述双向DCDC转换器串联后与所述动力电池、所述燃料电池并联，随后共同连接所述电机，当所述电机接入的线路电压高于额定值时，所述燃料电池和动力电池同时为所述超级电容进行充电储能，当所述电机接入的线路电压低于额定值时，所述超级电容和动力电池联合为所述电机进行供电，所述超级电容管理系统和动力电池管理系统均通过CAN总线板卡连接所述整车控制器，进而实现所述整车控制器对于所述超级电容系统和动力电池系统的控制。
9.根据权利要求1所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述燃料电池系统包括燃料电池；燃料电池控制器，用于控制燃料电池的运行发电或停止；与燃料电池连接的供氢供氧机构，用于为所述燃料电池提供燃料；与燃料电池连接的燃料电池冷却机构，用于降低所述燃料电池工作时的温度。
10.根据权利要求9所述一种燃料电池汽车用动力驱动系统测试平台，其特征在于：所述燃料电池DCDC系统包括燃料电池DCDC转换器和燃料电池DCDC控制器，所述燃料电池DCDC控制器一端连接所述燃料电池控制器，一端连接所述燃料电池DCDC转换器，用于接收所述燃料电池控制器的控制信号，进而控制所述燃料电池DCDC转换器接收所述燃料电池的输入电压，最终转换成有效输出的固定电压。
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